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在能源行业数字化转型的浪潮中，稠油数字孪生系统正以其强大的功能和显著的效益，引领着油田管理向智能化、高效化迈进。本文将深入剖析稠油数字孪生系统的项目背景、系统架构、功能规划以及预期收益，带您领略这一创新技术如何为油田生产带来革命性变化。

一、项目需求背景：稠油吞吐注汽的挑战与机遇

风城油田作业区拥有常规稠油井 3647 口，累计产油 780 万吨，年配汽量高达 1343 万吨，注汽成本约为 12 亿。稠油蒸汽吞吐作为一项复杂的系统工程，涉及注汽锅炉运行管理、节能优化、待转轮井选择与组合优化以及稠油井配汽优化等多个环节，对注气成本的优化具有巨大潜力。

目前，稠油蒸汽吞吐注汽管理主要依赖人工或经验，缺乏有效的数据分析和机理模型进行全流程仿真分析。这导致对流程和设备参数及性能的系统化分析管理不足，难以结合数据和模型优化流程和设备，影响设备和流程效率的提升。

为此，稠油蒸汽吞吐注求数字孪生系统的建设目标聚焦于蒸汽吞吐注汽管理、锅炉节能、降低注汽成本、提高采收率、提高传热效率等方面，旨在通过数据定量分析与优化，实现降低蒸汽生产成本 15%、降低注汽成本 30%、提高热采率、提高产量 15% 等具体目标。

二、系统架构设计：数字孪生系统的智能化基石

蒸汽吞吐注求数字孪生系统架构基于业务期望，旨在准确选择待转轮井和注汽井组合，优化配汽计划，减少注汽量，缩短注汽周期；同时，实现锅炉在注气周期内持续产生过热蒸汽，提高锅炉运行效率。

该系统架构融合数字模型、机理模型与设计优化，涵盖油藏模拟、数据清理、计算流体力学、注汽耦合模拟、计算传热学等多个层面。通过数据分类与分析，结合模型与算法，对转轮井和配汽参数、锅炉能耗和蒸汽质量参数等进行优化，实现优选接替井、单井转轮计划、锅炉火量、过热运行时长等关键环节的精准调控。

三、系统功能规划：数字孪生系统的强大引擎

（一）机理模型

1. 计算流体力学 / 传热仿真模块：支持动态多相流动模拟和热传导、热对流、热辐射的传热模拟，精确计算锅炉内部和管网的流场及温度场，模拟流动和温度场相互作用的多物理场问题。
2. 湿蒸汽仿真模块：建立高精度蒸汽多相模型和蒸汽表多相模型，支持模拟蒸汽质量的变化，适用于任意蒸汽质量变化的应用场景。
3. 耦合井筒 - 油藏热仿真模块：构建蒸汽在井筒内的流动和传热仿真模型以及蒸汽注入油藏的热仿真模型，实现井筒和油藏数据交换，模拟蒸汽注入全流程。

（二）数字孪生模型

依托工业互联网平台，数字孪生模型可快速拟合历史数据和生产预测，用于定量优化未来绩效指标，如短期现金流量、NPV 或最终采收率。其闭环优化能力使得生产过程建模、能效优化分析、产品设计、协同工艺规划等解决方案得以实现。

四、项目预期收益：数字孪生系统的显著价值

稠油吞吐注求数字孪生系统的应用将带来多方面的降本增效价值收益：

1. 提高锅炉热效率：通过优化锅炉运行，减少结垢，延长过热蒸汽时长，提高注汽效率，降低注汽成本 30%。
2. 优化待转轮井选择与组合：精准选择待转轮井和注汽井组合，优化配汽计划，减少注汽量，缩短注汽周期。
3. 提升稠油井配汽优化：实现配汽量、配汽计划的优化，提高热采率，增加原油产量。

具体商业影响案例显示，该系统在提高锅炉热效率、蒸汽注入阀效率、进行井下电热采设备损害评估以及电加热 + 注汽热采的可行性分析等方面均取得了显著的经济效益。例如，在 Bakerfield 项目中，通过优化单井蒸汽注入量和转轮井的顺序和组合，石油产量增加至少 30%，每年带来 900 万美元的经济效益。

五、结语：数字孪生系统引领油田智能化未来

稠油数字孪生系统作为能源行业数字化转型的创新成果，正以其强大的功能和显著的效益，为油田生产带来革命性变化。它不仅提升了锅炉热效率、优化了待转轮井选择与组合、实现了稠油井配汽优化，还为油田企业带来了可观的经济效益和竞争力提升。在未来，随着技术的不断进步和完善，稠油数字孪生系统将在更多的油田得到应用和推广，引领油田智能化发展的新潮流，为能源行业的可持续发展注入新的动力。

以下为方案部分截图：